区域水环境系统脆弱性指标体系及综合决策模型研究

目前水环境系统脆弱性研究主要局限于水环境系统的单方面脆弱性研究,过于片面化,需要综合考虑水资源、水环境质量、旱涝灾害、社会经济以及生态环境等方面的脆弱性。根据水环境系统脆弱性是系统状态受到系统压力引起的敏感性以及系统状态对系统压力的适应性响应的观点,采用“压力-状态-响应”模式构建区域水环境系统脆弱性指标体系。区域水环境系统脆弱性研究中客观存在诸多不确定性,利用联系数描述上述不确定性过程中差异度系数在［-1,1］上取值仍存在不确定性,为此,构造三角模糊数刻画差异度系数取值的不确定性,给出三角模糊联系数的基本形式,取置信水平得出置信区间联系数,采用期望-方差排序法对置信区间联系数进行决策分析,建立基于三角模糊联系数的系统综合决策模型。此模型用于安徽省水环境系统脆弱性评价的结果表明,安徽省区域水环境系统脆弱等级介于［2.731 3.620］之间,脆弱性状况不容乐观,应采取相应措施改善区域水环境质量,降低区域水环境系统脆弱性,保障区域社会经济及生态环境的可持续发展     

流域水资源丰富度评价的MFP模型及应用

水资源系统与许多因素有关,如各种水资源量、人口、社会经济发展指标等,它们共同组成了一个典型的复杂非线性系统。以最大流原理为基础,导出了描述水资源系统的信息动力学演化方程,建立了水资源评价的信息动力学模型,运用信息动力学模型建立了评价标准。该模型无需人为给定参数,客观性强,操作简便。最后运用理论模型对辽西沿海诸河流域水资源丰富度进行评价分析,得到各流域的丰富度状况,并与其它模型评定结果做出了比较,结果表明该方法具有较好的合理性和可操作性。由于该模型从一定程度上体现了水资源丰富度系统的演化动力学机理和水资源系统时空演变特性。因此,不仅在评价上有较大的优越性,在水资源丰富度发展变化状态的预测上也具有潜力。     

海洋灾害中政府承灾力脆弱性研究

信息扩散方法可以将一个分明值的样本点变成一个模糊集,把单值点变成集值样本点.这种方法对于海洋灾害呈现的非连续、样本点个数少的情况尤其适用,可以最大程度挖掘数据本身携带的信息.本文以市级区域作为研究对象,利用信息扩散原理建立政府承灾力脆弱性评价模型,通过对政府承灾系数的超越概率分析来评价海洋灾害中政府承灾力的脆弱性.进而对海洋灾害政府承灾力的脆弱度进行系统聚类分析,并以山东省为例进行实证研究,最终得到山东省沿海各市风暴潮灾害政府承灾力脆弱度的风验区划图.研究结果表明,威海、烟台、东营、日照的政府承灾力脆弱度较重,青岛、滨州次之,而潍坊的政府脆弱度最小.究其差异原因,各市不尽相同,主要表现在各市灾害发生概率、经济发展水平以及重视程度的不同.长期来看,海洋灾害中政府承灾力的提高依赖于最大程度减少海洋灾害带来的经济损失以及最大程度保障政府应对灾害的资金准备,为各级政府提高抗灾减灾能力提供了一定参考.     

基于RS-SVR模型的流域水资源脆弱性评价与预测研究——以黄河流域为例

水资源脆弱性是衡量水资源系统在气候变化以及人类活动影响下的流域承载能力的重要标准,流域水资源脆弱性评价与预测是评估流域水安全状况、辨识未来水资源系统存在的问题的重要手段。该文首先构建了黄河流域水资源脆弱性评价指标体系,利用粗糙集(Rough Set,缩写为RS)方法对原始指标体系进行降维去除冗余属性。然后,将降维后的评价指标标准值作为"评价样本",运用支持向量机回归(Support Vector Regression,缩写为SVR)模型对流域水资源脆弱性进行评价。最后,设定未来3种不同气候模式与社会经济情景,对黄河流域水资源脆弱性进行情景预测。结果表明:黄河流域过去16年间整体水资源脆弱性等级已从Ⅴ级提升到Ⅳ级水平,未来情景1、情景2下流域整体水资源脆弱性将会好转,但仍处于Ⅳ级中度脆弱水平。未来水质脆弱性与灾害脆弱性提升较为明显,水量脆弱性没有显著改善,在情景3下将恶化到Ⅴ级中高脆弱。因此未来采取积极的人工调控措施能使得水质与灾害方面获得明显的提升,而水量脆弱性则成为制约未来流域整体水资源脆弱性的瓶颈。     

基于可变模糊集理论及其模型的水利规划环境影响综合评价

地区水利规划环评处于起步阶段,存在评价形式化、方法单一化以及指标权重确定的主观性较强等问题。针对以往评价中的不足,提出了运用可变模糊集理论及其模型进行综合评价的方法。以江苏省水利发展规划作为研究实例,建立指标体系,采用模糊聚类循环迭代模型进行主客观综合指标权重的计算;从重点工程空间布局角度出发,运用调整后的可变模糊识别模型进行各市环境影响的相对优属度计算。结果表明,全省规划方案的环境影响相对优属度大于现状和零方案,南通市的相对优属度最大,其次是苏州和无锡。与层次分析法进行对比,该理论及其模型适用于地区水利规划环境影响综合评价     

基于变权重和信息熵的区域水资源安全投影寻踪评价模型

区域水资源安全评价是气候变化下区域水安全管理的一项重要调控措施。为合理确定各评价指标的权重,提出了把权重结构分解为评价指标的单样本权重和样本集权重的新观点,建立了用基于加速遗传算法的模糊层次分析法和最小相对信息熵原理确定单样本权重、用基于加速遗传算法的投影寻踪模型和最大信息熵原理确定样本集权重的新模型--基于变权重和信息熵的投影寻踪评价模型（CWE PP）。将CWE PP模型应用于全国水资源安全背景下的巢湖流域水资源安全评价,结果表明：巢湖流域水资源安全状况整体上介于重度缺水与中度缺水之间,偏向重度缺水,略低于安徽省水资源安全状况。用CWE PP进行区域水资源安全评价,物理概念明确,计算结果合理,方法通用,在资源与环境综合评价中具有一定的推广应用价值。     

江苏省水资源短缺风险的相似云评价方法研究

为有效的监测和评估水资源短缺风险的程度,实现水资源可持续开采和利用,提出水资源短缺风险的相似云综合评价模型。针对水资源短缺风险的影响因素同时具有模糊和随机性问题,建立基于熵权和相似云方法的综合评估模型。借鉴现有理论的基础上,综合考虑风险率、脆弱性、可恢复性等5个评价指标,采用熵权法确定各个指标的权重,利用正态云模型定量描述单指标条件下待评价城市水资源的短缺风险等级。给出一种新的计算正态云模型相似度方法——基于组合模糊贴近度的正态云相似度度量方法,通过比较待评价城市与风险等级之间的熵权正态云相似度值的大小,构建基于熵权相似云的水资源短缺风险评价模型。江苏省三大流域的实例表明,该方法简单可行,结果相对客观合理,能够克服现有方法的一些缺点。     

基于粗糙集和BP神经网络的流域水资源脆弱性预测研究——以淮河流域为例

水资源是一种重要的自然资源和经济资源,对其未来的脆弱性进行预测可以预估研究区未来的水安全状况,对其脆弱性问题做出预警,从而及时采取治理措施。因此,合理科学的水资源脆弱性预测研究是缓解水资源脆弱性的有效手段。目前,水资源脆弱性研究主要是针对水资源现状进行评价,对其未来状况的预测较少。集成了粗糙集和BP神经网络两种方法,首先采用改进了的盲目删除法对构建的流域水资源脆弱性评价指标体系进行约简,其次通过BP神经网络拟合约简后的指标数据与脆弱度之间的映射关系,构建流域水资源脆弱性评价预测模型。基于之前研究的样本数据和脆弱性结果,探讨淮河流域未来的水资源脆弱性状况。结果表明:淮河流域2015年、2020年和2025年的水资源脆弱度分别为0.305、0.359和0.390,处于轻度脆弱和中度脆弱的状况,除2015年脆弱性状况有所好转以外,2020年和2025年的水资源脆弱性程度与近几年相比有所加剧,根据指标数据可知该现象主要是受年降水量、人均用水量、万元GDP废水排放量、垦殖指数、有效灌溉面积比和干旱面积受灾比6个指标的影响,为避免水资源脆弱性的加剧,应当有针对性的加强这几个方面的管理和控制。     

基于熵权的模糊物元模型在水资源可持续利用评价中的应用

针对水资源可持续利用评价中存在的不相容性和模糊性问题,将物元分析理论与模糊集理论相结合,构建复合模糊物元,并应用加权欧式距离作综合评价,对各样本做优劣排序,并划分类别。在计算各评价指标的权重时,引入熵值理论,运用信息熵反映的样本数据的效用值确定权重,避免了权重分配中的人为干扰。结合实例应用,并与其他方法的评价结果作比较,验证了该模型的可靠性。分析表明,物元分析与模糊集理论的有效结合,能将多指标评价中的不相容矛盾转换成相容关系,且有效地避免了由于模糊性导致的信息丢失;熵值法确定的权重较好地反映了样本信息的有序度,充分利用实测数据客观地对评价指标进行赋权。结果表明,基于熵权的模糊物元模型应用于水资源可持续利用评价是合理、客观、可行的。     

水资源适应对策影响分析与模拟

水资源适应性管理理论和气候变化对策研究都将脆弱性分析作为对策研究的一部分,并认为适应对策应该具有改善系统脆弱性的能力;然而目前的水资源对策研究中主要关注适应对策实施的经济、环境等影响,而关于适应对策实施导致的区域系统脆弱性变化的分析较为缺乏。本文认为在研究水资源适应对策时,应该综合考虑对策实施引发的经济、社会等具体影响和区域脆弱性的变化,将适应对策改善系统脆弱性的能力纳入对策分析和评价的标准之中。因此,本文首先定性分析了水资源适应对策如何对区域系统脆弱性产生影响,然后构建了对策影响模拟模型,用于估测适应对策的具体影响和对区域系统脆弱性的改善能力;通过综合分析考虑水资源适应对策的影响,可为提供水资源适应性管理提供参考依据。设计三类水资源适应对策,用江西省为实例进行模拟分析,结果显示每项适应对策的影响都具有多样性和传导性;提高水资源要素价格、减少用水补贴和推动技术进步均能提高用水效率、控制经济社会发展用水总量,从而通过减少水资源能开发利用对自然系统的压力、提高人类经济社会的适应能力,综合缓解系统脆弱性。但不同对策具体影响有差异,各有不足之处,且由于区域系统和水资源问题的复杂性,不太可能在短期内靠单一对策迅速改善区域系统状态。因此,应该长期实施"节流"的水资源适应对策,重点提高农业用水效率,综合使用经济手段和技术手段促进用水效率提高和水资源优化配置,控制用水需求增长;同时保持经济稳定增长,通过提高人类适应能力,逐渐改善区域系统脆弱性,实现可持发展。     

区域水资源可持续利用评价的FAHP-PP模型

正确评价区域水资源可持续利用,对区域社会、经济的可持续发展以及生态环境的良性循环都具有重要意义,而区域水资源可持续利用指标体系及评价方法研究是水资源可持续利用研究的基础。借鉴现有评价指标体系的优点,并充分考虑现有评价指标体系所忽略的某些环境因素对水资源可持续利用的影响,针对区域社会-经济-环境复合系统的特点,提出了由区域水资源条件、水资源开发利用程度、区域水资源与社会协调程度、区域水资源与环境协调程度4个子系统及评价指标组成的区域水资源可持续利用评价指标体系。根据水资源系统的随机性、模糊性等特性以及系统评价的公正、客观要求,为规避评价方法的主观性与客观性影响,分别应用主观性较强的模糊层次分析法（FAHP）与客观性较强的投影寻踪模型（PP）对区域水资源可持续利用水平进行评价,并将两种方法的评价结果进行加权求和以实现优势互补,以此建立了区域水资源评价的一种新模型（FAHP PP）,然后通过以上海市1998～2007年水资源可持续利用情况为例对该评价指标体系的合理性及方法的有效性进行了说明.     

区域水资源可持续利用评价的FAHP-PP模型

正确评价区域水资源可持续利用，对区域社会、经济的可持续发展以及生态环境的良性循环都具有重要意义，而区域水资源可持续利用指标体系及评价方法研究是水资源可持续利用研究的基础。借鉴现有评价指标体系的优点，并充分考虑现有评价指标体系所忽略的某些环境因素对水资源可持续利用的影响，针对区域社会-经济-环境复合系统的特点，提出了由区域水资源条件、水资源开发利用程度、区域水资源与社会协调程度、区域水资源与环境协调程度4个子系统及评价指标组成的区域水资源可持续利用评价指标体系。根据水资源系统的随机性、模糊性等特性以及系统评价的公正、客观要求，为规避评价方法的主观性与客观性影响，分别应用主观性较强的模糊层次分析法（FAHP）与客观性较强的投影寻踪模型（PP）对区域水资源可持续利用水平进行评价，并将两种方法的评价结果进行加权求和以实现优势互补，以此建立了区域水资源评价的一种新模型（FAHP PP），然后通过以上海市1998～2007年水资源可持续利用情况为例对该评价指标体系的合理性及方法的有效性进行了说明.     

基于变权灰色云模型的江苏省水环境系统脆弱性评价

水环境系统脆弱性是水资源利用与生态环境研究的热点问题,通过研究水环境系统的内在机理,综合考虑影响水环境系统脆弱性的资源、环境、经济、社会等因素,借助驱动力-压力-状态-影响-响应-管理（DPSIRM）框架构建水环境系统脆弱性评价指标体系。在此基础上,构建基于变权灰色云模型的评价方法,对2004~2014年江苏省水环境系统脆弱性进行评价。结果表明：2004~2014年水环境系统脆弱性指数由47.056提高到63.210,脆弱性等级由“重度脆弱”演化为“中度脆弱”,并长期维持在“中度脆弱的”等级,2014年出现了向“轻度脆弱”状态转变的趋势。分析各个子系统对水环境系统脆弱性影响程度可知,影响子系统和响应子系统对江苏省水环境脆弱性系统的影响程度逐年增加;而压力子系统和管理子系统对水环境系统脆弱性的影响程度逐年下降;其它子系统对水环境系统脆弱性的影响维持在一定水平小幅度波动。     

气候变化下水资源适应性系统脆弱性评价——以鄱阳湖流域为例

从系统科学的视角出发,分析气候变化下水资源适应性系统脆弱性的内涵,基于脆弱性PSR分析框架,从胁迫性、敏感性、适应性3个维度构建了脆弱性评价指标体系,并采用熵值法和集对分析相结合的方法对脆弱性进行评价。结合2001～2010年鄱阳湖流域数据进行了实证研究,结果表明：10 a间鄱阳湖流域水资源适应性系统脆弱性的变化受胁迫性、敏感性和适应性的综合影响,脆弱性先明显增加后缓慢下降,但基本处于中等偏差水平。鄱阳湖流域水资源适应性系统脆弱性主要由降水量变化、自然灾害和经济发展产生的能源消耗、污染问题引发,提高系统适应性对缓解脆弱性有明显作用。根据评价分析,建议鄱阳湖流域未来从提高管理能力、经济及社会响应能力和加强环境生态治理等方面采取适应性对策;通过改善鄱阳湖流域发展方式和生态环境,减少脆弱性和提高可持续发展能力,更好地发挥鄱阳湖流域对国家生态安全的保障作用     

安徽省用水网络管理与关键区域界定

基于2005~2016年安徽省16个城市的用水量数据,利用社会网络分析（SNA）方法刻画了区域用水空间关联的网络结构特征,并进一步对水资源管理重点区域进行了筛选。研究发现：安徽省域内的用水联系紧密,不存在孤立的城市节点,样本考察期内,区域用水空间关联的网络密度有所下降,但呈现为等级森严的网络结构;个体网络特征表现出明显的“极化效应”和“马太效应”,合肥、马鞍山和芜湖具有较高的度数中心度、中间中心度和接近中心度,处于网络中的核心位置,主导着关联网络中水资源的流动和溢出;目前安徽省区域用水网络处于多核心阶段,且由初期的合肥和马鞍山-芜湖-铜陵双核驱动模式逐步演变成以阜阳、合肥和马鞍山-芜湖-铜陵为三大增长极的空间稳定格局。     

黄河流域水资源可再生能力评价的云模型

对流域水资源可再生能力进行科学评判,针对评价中存在随机性及模糊性的特征,建立起基于云理论的流域水资源可再生能力综合评价模型。综合考虑水资源条件、社会经济条件及用水条件等11个指标建立水资源可再生能力评价指标体系,利用二元模糊对比法确定各个指标权重,借助云模型定量描述单指标条件下待评价区域水资源可再生能力的等级,并通过模糊变换,确定综合评判等级。云模型将不确定性概念的模糊性和随机性有机地结合在一起,用隶属函数描述评价等级的模糊性,并利用超熵概念考虑隶属度本身存在的随机性,更符合实际评判的情况。应用该模型对黄河流域9个行政分区的水资源可再生能力进行了综合评价,研究表明黄河流域的水资源可再生能力总体上较弱,其中宁夏和内蒙古最弱,其主要原因在于水资源总量短缺且水资源效率低,急需采取相关措施节流开源、提高产业用水效率,特别是需要进一步实施节水灌溉措施,降低农业灌溉定额,从而提高区域的水资源可再生能力。     

新疆水资源承载力评价与时空演变特征分析

水资源是经济社会发展的生命线,长期以来新疆面临着严峻的水资源短缺和生态环境脆弱性问题,研究水资源承载力时空演变特征成为新疆经济建设中亟待解决的问题。文章选取水资源、社会、经济、生态以及协调系统评价指标,通过构建水资源承载力综合评价模型计算水资源承载力综合评价指数,并对新疆15个行政区域的水资源承载状态和时空演变特征进行分析。结果显示:2016年,塔城地区、阿勒泰地区和巴音郭楞蒙古自治州属于水资源承载适宜区域,石河子市和克拉玛依市属于严重超载区域,阿克苏地区和喀什地区属于轻度超载区域,剩余8个区域属于濒临超载区域;从发展趋势来看,濒临超载和轻度超载区域略有减少,而承载适宜地区略有增加;整体而言,新疆多数区域水资源承载力处于濒临超载状态,水资源与经济社会的协调性普遍较低,各区域水资源分布极不均衡,经济发展、人口增长和水资源分布不匹配,但近十年多数区域水资源承载力综合水平整体向好发展。最后,提出提升各区域水资源承载力的政策建议。     

曹妃甸工业区水资源承载能力研究

根据曹妃甸地区地表水和地下水资源异常紧缺、降水量不足、主要依靠跨区域调水的特点,综合考虑环境、人口、社会、经济等各方面要素,选取水资源子系统、生态环境子系统和社会经济发展子系统,并运用区域水资源规划管理理论,采用多目标规划技术建立了水资源承载力的多目标评价模型;结合按照各种发展模式设定的A,B,C,D四种情景,采用隶属度的方法分析计算了曹妃甸工业区2010,2020,2030年在A,B,C,D四种不同发展情景下的水资源承载力,得出A,B发展模式下曹妃甸工业区水资源准不可承载,C,D发展模式下可承载的模型预测结果;并针对评价结果,结合工业区实际情况,提出曹妃甸工业区提高水资源承载力的对策.     

沿海城市自然灾害脆弱性评价研究——以上海浦东新区为例

沿海城市在全球发展中具有重要的战略地位，然而特殊的地理位置和高度集中的人口及财富也决定了其面临灾害具有较高的脆弱性，即同等灾害强度下，沿海城市遭遇自然灾害时的人口伤亡更多、经济损失更大。从灾害系统承灾体的角度，分析影响灾害脆弱性的基础设施、城市形态与结构和灾害管理体制等5个方面，顺应脆弱性评价定量化的趋势，依据一定的原则，不分灾种，面对区域和人群，选取代表性指标尝试构建了沿海城市自然灾害脆弱性的评价指标体系，利用AHP法对该区域相应指标的权重进行确定，建立了脆弱性模型，并在收集和标准化数据的基础上，以上海市浦东开发区为例进行了实证分析。结果证明，模拟结果与实际情况基本吻合，可以为沿海城市防灾减灾提供科科学依据，有一定的参考价值。     

基于随机森林与可变模糊集的城市洪涝脆弱性评估

洪涝灾害作为城市面临的重要自然灾害之一，对社会经济发展造成了重要的影响。首先从自然、经济、基础设施3个方面利用随机森林模型以数据驱动的方式筛选出了影响城市洪涝脆弱性的12项关键指标并据此构建了城市洪涝脆弱性评估指标体系。在此基础上，基于随机森林和熵权法计算指标体系权重，构建基于随机森林（RF）和可变模糊集（VFS）耦合的城市洪涝脆弱性评估模型（RF-VFS）。最后，以长江流域特大城市南京市为例，进行洪涝脆弱性评估，得到了影响南京市洪涝脆弱性的关键影响因素，并从完善城市洪涝管理政策、加强城市基础设施建设和防灾减灾应急措施3个方面提出了降低城市洪涝脆弱性的对策建议。结果表明：南京市洪涝脆弱性与汛期降雨量、硬地面积、地均GDP、城市道路网密度等指标呈较强关联；近20年南京市洪涝脆弱性等级呈上升趋势且高等级的年份出现频率愈加频繁，尤其是近5年洪涝脆弱性等级较高，研究结果与实际调研情况相符。该研究能为南京市相关管理部门加强洪涝管理和降低洪涝脆弱性提供决策参考，同时对其他城市的洪涝灾害管理也具有借鉴意义。